Referát. Autopříslušenství prvovýbava Nová generace vstřikovacích systémů: Piezo a další technologie dělají vznětový motor ještě čistším a úspornějším

Transkript

1 Referát Autopříslušenství prvovýbava Nová generace vstřikovacích systémů: Piezo a další technologie dělají vznětový motor ještě čistším a úspornějším červenec 2003 RF30601 Dr. Ulrich Dohle, vedoucí výrobní oblasti Dieselové systémy Robert Bosch GmbH Přednáška k 56. mezinárodnímu tiskovému kolokviu o automobilech, červen 2003 v Boxberg Automobily se vznětovými motory jsou v západní Evropě oblíbené, jako nikdy předtím. Od počátku devadesátých let se podíl osobních automobilů s naftovým motorem u prvních registrací automobilů téměř ztrojnásobil: když vycházíme z méně než 15-ti procent v roce 1991, stoupl dnes na hodnotu více než 40 procent. V Rakousku, Francii a Belgii jsou vybaveny dieselovým motorem již asi dvě třetiny nově zaregistrovaných osobních automobilů. Evropský boom vznětových motorů razila rozhodující měrou firma Bosch. Moderní vstřikovací systémy pracující s vysokými tlaky změnily těžkopádné, kouřící plazy minulosti na sportovní, úsporné a čisté automobily dneška. V neposlední řadě bylo možno díky inovacím firmy Bosch snížit emise částic u osobních automobilů s naftovými motory o 80 procent a ostatní emise (kysličník uhelnatý, kysličníky dusíku a uhlovodíky) minimálně o 90 procent. Při dodržení normy EU4 se snižují emise částic dokonce o 90 procent a uvolňování kysličníku uhelnatého, kysličníků dusíku a uhlovodíků minimálně o 95 procent. Současně s tím jsou automobily se vznětovými motory silné: Přeplňované naftové motory osobních automobilů dosahují již dnes maximální specifické točivé momenty 170 newtonmetrů a specifické výkony více než 60 kilowatů na jeden litr zdvihového objemu. Spotřeba paliva naftových motorů je přitom velmi nízká veškeré jiné koncepce pohonu se musí s naftovým motorem srovnávat v tomto bodě. Robert Bosch odbytová s.r.o Pod Višňovkou 1661/ Praha 4 pavel.roman@cz.bosch.com Phone Fax Corporate Communications Vedoucí: Pavel Roman

2 Bosch pracuje intenzivně na optimalizaci vstřikovacího sytému, aby ještě více snížil spotřebu paliva i emise výfukových plynů naftových motorů a zvýšil výkon motoru. Výsledkem je například systém Common-Rail 3. generace, který byl v květnu 2003 zaveden do sériové výroby. Srdcem nového vstřikovacího systému je rychle spínající a kompaktní Inline-vstřikovací tryska s piezotechnologií. Pro rok 2005 plánuje podnik zavedení variabilní vstřikovací trysky, jejíž vývoj stále probíhá. Při jejím použití budou motory ještě tišší a čistší. Bosch se zabývá také systémy konečného čištění výfukových plynů, které budou v budoucnosti pro některé osobní a užitkové automobily nepostradatelné. 3. generace Common Rail s Piezo-Inline vstřikovacími tryskami U běžného systému Common-Rail od firmy Bosch ovládá vstřikovací trysku elektromagnetická cívka. Pístnice přenáší hydraulickou sílu pro otevírání nebo uzavírání vstřikovací trysky na vstřikovací jehlu. V květnu 2003 byla do sériové výroby zavedena 3. generace Common Rail od firmy Bosch se vstřikovacími tryskami, jejichž ovladač se skládá z piezoelektrických krystalů. Piezoelektrické krystaly mají tu vlastnost, že se v elektrickém poli roztahují. Pro piezoelektrický ovladač používají inženýři firmy Bosch soustavu několika set malých tenkých krystalů. Piezoelektrický ovladač spíná rychlostí větší než desetitisícina vteřiny to je méně, než polovina doby, kterou potřebuje elektromagnetický ovladač. Aby se tato výhoda využila, integroval Bosch ovladač do těla vstřikovací trysky. Pohyb soustavy piezoelektrických krystalů je přenášen u Inline-vstřikovací trysky bez mechanických prvků bez tření na rychle spínající vstřikovací jehlu. Výhodou je v porovnání s piezoelektrickými ovladači s magnetem a dosavadními konvenčními piezoelektrickými ovladači přesné dávkování vstřikovaného paliva a lepší rozprašování paliva ve spalovacím prostoru. Díky vysoké rychlosti spínání vstřikovací trysky lze snížit doby mezi jednotlivými vstřiky a velmi pružně utvářet průběh vstřikování. Naftové motory se díky tomu stanou ještě úspornější, tišší a výkonnější. Vratné množství paliva, které se nevyužije pro vstřikování, je u Inline-vstřikovací trysky velmi nízké. Díky tomu mohli inženýři firmy Bosch dále snížit dopravní výkon, a tím potřebný výkon vysokotlakého čerpadla. Vstřikovací tryska dávkuje palivo velmi přesně - s nízkými tolerancemi vstřikovaného množství paliva na začátku vstřikování. To vede k menšímu množství škodlivin při spalování. Jeden nebo dva předvstřiky například zabrání krátce po studeném startu vzniku bílého a modrého kouře a také hluku způsobeném spalováním. Page 2 of 6

3 Dostřik bezprostředně po hlavním vstřiku, snižuje emise sazí, dalším vstřikem lze regenerovat filtr částic, pokud je nainstalován. Systém Common-Rail 3. generace od firmy Bosch s piezoelektrickými Inlinevstřikovacími tryskami může snížit emise uvnitř motoru oproti dosavadním systémům s magnetem nebo piezotechnologií až o 20 procent. Další inovační skok u systému Common-Rail plánuje Bosch na rok K tomu se momentálně zkoumají koncepce s ještě vyššími vstřikovacími tlaky přes 2000 bar a také vstřikovací trysky s variabilní geometrií vstřikování. Další vývoj u systému Unit-Injektor Systém Unit-Injektor (UIS) od firmy Bosch v současnosti disponuje se svými 2050 bary nejvyšším vstřikovacím tlakem. Tento systém se nyní v segmentu osobních automobilů vyrábí výhradně pro koncern VW. Zvláště vysoké vstřikovací tlaky zajišťují mimo jiné nízké emise částic. I proto dosahovala již delší dobu některá vozidla vybavená UIS jako první mezní hodnoty výfukových plynů podle EU4. V prvním pololetí 2005 plánuje Bosch spustit sériovou výrobu další generace vyvíjeného UIS. Koaxiální variabilní tryska způsobí, že motory budou současně tišší i čistší a dosažitelný výkon motoru bude dále stoupat. Variabilní tryska se liší od běžné vstřikovací trysky UIS počtem, uspořádáním, průměrem a tvarem vstřikovacích otvorů. Elektromagnetický ventil řídí dvě koaxiální vstřikovací jehly a otevírá dvě řady otvorů trysky. První řada otvorů s nízkým průtokem připravuje na začátku spalování malé množství paliva a zajišťuje tak měkký průběh spalování a nízký hluk způsobený spalováním. Navíc nabízí v oblasti dílčího zatížení lepší tvorbu směsi s výrazně nižšími emisemi. Pokusy ukazují snížení částic a kysličníků dusíku o 25 až 40 procent. Pokud se k ní zapne ještě druhá řada otvorů trysky s vysokým průtokem, stoupne výkon motoru, aniž by se musel zvýšit vstřikovací tlak. V ideálním případě je možné se u variabilní trysky obejít v širokém rozsahu otáček a zatížení bez předvstřiku a tak snížit emise částic. Konečná úprava výfukových plynů u osobních automobilů Firma Bosch vidí v čele dalšího snížení emisí naftových motorů opatření uvnitř motoru : Zlepšené spalování paliva co nejvíce zabraňuje tvorbě škodlivin a navíc snižuje spotřebu. Výrobci automobilů a jejich dodavatelé přitom dosáhli již mnohého: Různá vozidla bez ohledu na značku s nejvyšší celkovou povolenou hmotností mezi až kilogramy, Page 3 of 6

4 a v jednotlivých případech i více, nepřekračují mezní hodnoty EU4 bez konečné úpravy výfukových plynů. Těžké osobní automobily nesplňují mezní hodnoty EU4 bez konečné úpravy výfukových plynů. Řízení filtrů částic a akumulačních katalyzátorů kysličníků dusíku přebírá elektronická regulace naftového motoru EDC (Electronic Diesel Control) od firmy Bosch. Přizpůsobuje vstřikování pružně požadavkům systémů na konečnou úpravu výfukových plynů, EDC například mění doby, množství a průběh vstřikování. I potřebný vzduch přiváděný do motoru přizpůsobuje EDC příslušné potřebě tak, že řídí zpětný chod výfukových plynů, nastavuje škrtící klapku a reguluje plnící tlak turbodmychadla. Čidla od firmy Bosch informují EDC o teplotě, protitlaku a složení výfukových plynů. Z řízení motoru tedy nelze jen vyvozovat stupeň zanesení filtru částic a akumulačního katalyzátoru kysličníků dusíku, ale i zlepšit kvalitu spalování. Filtr částic u naftového motoru Pokud optimálně spolupůsobí vstřikovací systém a filtr částic, dají se hodnoty emisí ještě více zlepšit. Proto bude Bosch pravděpodobně od konce roku 2005 vyrábět velkosériově filtry částic pro naftové motory osobních automobilů. Konečné rozhodnutí o tomto projektu nebylo ještě učiněno. Tento filtr se skládá ze spékaného kovu a má v porovnání s dosavadními řešeními z keramiky značně vyšší životnost, protože jeho zvláštní struktura nabízí vysokou akumulační kapacitu pro saze z aditiv a oleje. Filtr je koncipován tak, že se filtrované částice ukládají velmi rovnoměrně. Díky tomu lze zanesení filtru zajistit spolehlivěji než u jiných řešení a optimálně tak řídit jeho regeneraci. Filtr částic u naftového motoru od firmy Bosch je dimenzován na dobu životnosti vozidla. Pokud je akumulační schopnost filtru částic vyčerpána, musí se regenerovat horkými výfukovými plyny, které spálí uložené částice. Aby se dosáhlo potřebných vysokých teplot výfukových plynů, změní EDC množství vzduchu přiváděného do motoru a také vstřikované množství paliva a okamžik vstřikování. Mimoto se může přivést nespálené palivo do oxidačního katalyzátoru dostřikem do expanzního zdvihu. Palivo shoří na oxidačním katalyzátoru a zvýší navíc teplotu výfukových plynů. Mimo tohoto následného dostřiku do spalovacího prostoru motoru se vyvíjí i přímé vstřikování paliva do výfuku. Page 4 of 6

5 Ve veřejné diskusi se často objevuje přání dodatečně vybavit vozidla s naftovým motorem filtrem částic. To je možné jen za cenu značných náročných technických úprav, protože se musí přizpůsobit upravenému výfukovému systému motor, řídící jednotka i software řídící jednotky. Konečná úprava výfukových plynů u užitkových vozidel Užitková vozidla dodržují dnes platné mezní hodnoty EU3 pouze pomocí optimalizovaných vstřikovacích systémů, moderních metod spalování a chlazení plnícího vzduchu. Aby nepřekračovala mezní hodnoty EU4, existují dvě možnosti: za prvé zpětné vedení výfukových plynů, pokud je to nutné společně s filtrem částic, za druhé katalyzátor SCR (Selective Catalytic Reduction). V roce 2008 bude pro EU5 nejvíce rozšířené řešení katalyzátor SCR, popřípadě v kombinaci s filtrem částic. Pro katalyzátor SCR vyvinul Bosch dávkovací systém pro redukční prostředek Denoxtronic. U metody SCR reagují kysličníky dusíku ve výfukových plynech s amoniakem na vodu a dusík. Potřebný amoniak se tvoří přímo ve výfukovém okruhu hydrolýzou z přidávaného redukčního prostředku AdBlue, což je roztok močoviny ve vodě. Denoxtronic od firmy Bosch odměřuje katalyzátoru množství AdBlue potřebné pro příslušný provozní režim. V roce 2004 se poprvé použije v sériově vyráběném automobilu. Koncepce motoru s katalyzátorem SCR snižuje emise kysličníků dusíku užitkových vozidel o zhruba 85 procent. Tím je možný dřívější začátek vstřikování, který vede ke snížení spotřeby až o pět procent. Při použití oxidačního katalyzátoru se dají navíc snížit emise částic až o 30 procent. Ochrana životního prostředí se vyplatí u katalyzátoru SCR i ekonomicky, neboť vícenáklady na systém na konečnou úpravu výfukových plynů se díky snížení spotřeby zase brzy vyjezdí. Vývoj na trhu se systémy pro vznětové motory Bosch nabízí pro téměř každý naftový motor od 0,8 litru pro Smart až po lodní naftové motory se zdvihovým objemem okolo 1700 litrů vhodný vstřikovací systém. V roce 2002 vyexpedoval Bosch na celém světě přibližně 9,5 milionů vstřikovacích systémů pro naftové motory. Akumulační vstřikování Common Rail se na tom podílelo 42 procenty, UIS a systém Unit-Pump (UPS) 15 procenty. Řadová vstřikovací čerpadla a vstřikovací čerpadla s rozdělovačem tvořila 43 procent dodávek. Ve střednědobém horizontu sice poklesne jejich podíl na 20 procent, klasické vstřikovací systémy však ještě nedosloužily. V oblastech s jinými zákonnými mezními hodnotami emisí Page 5 of 6

6 a u speciálního použití, jako jsou stavební stroje nebo generátory, budou mít tyto robustní systémy ještě dlouho svůj význam. Naopak se zvýší podíl Common Rail ve střednědobém horizontu na 60 procent a u UIS/UPS na 20 procent. Tento vývoj Bosch posunuje inovacemi, jako je 3. generace Common Rail. Tiskové foto: 1-DS-12015, 1-DS-12016, 1-DS-12017, 1-DS-12018, 1-DS Skupina Bosch je celosvětově vedoucím výrobcem automobilové a průmyslové techniky, spotřebního zboží a technického zařízení budov. Kolem zaměstnanců dosáhlo ve fiskálním roce 2005 obratu 42 miliard Euro. Společnost byla založena ve Stuttgartu v roce 1886 Robertem Boschem ( ) jako Dílna pro jemnou mechaniku a elektrotechniku. Současnou skupinu Bosch tvoří výrobní, odbytová a zákaznická síť s cca. 270 dceřinými společnostmi a více než servisními centry ve více než 140 zemích. V České republice Bosch Group vyrábí a prodává originální automobilovou techniku, autodíly pro náhradní spotřebu, průmyslovou a automatizační techniku, elektrické nářadí, zabezpečovací systémy, tepelnou techniku a domácí spotřebiče. V osmi dceřiných společnostech pracuje téměř 9000 zaměstnanců. Celkový obrat Bosch Group v ČR v roce 2005 činil včetně dodávek do jiných závodů Bosch 1,07 miliardy EUR. Z toho prodeje v České republice dosáhly výše 414 milionu EUR. Více informací na Page 6 of 6